Bound states in the continuum in all-dielectric metasurfaces with scaled lattice constants

物理 诺共振 多极展开 平移对称性 电介质 凝聚态物理 光子学 缩放比例 极化(电化学) 格子(音乐) 二次谐波产生 束缚态 光学 光电子学 量子力学 等离子体子 激光器 数学 物理化学 化学 声学 几何学
作者
Mimi Zhou,Shaojun You,Lei Xu,Menghui Fan,Jing Huang,Wenbin Ma,Mingzhe Hu,Shengyun Luo,Mohsen Rahmani,Ya Cheng,Lin Li,Chaobiao Zhou,Lujun Huang,Andrey E. Miroshnichenko
出处
期刊:Science China Physics, Mechanics & Astronomy [Springer Science+Business Media]
卷期号:66 (12) 被引量:30
标识
DOI:10.1007/s11433-023-2207-9
摘要

Bound states in the continuum (BICs) have emerged as an efficient tool for trapping light at the nanoscale, promising several exciting applications in photonics. Breaking the structural symmetry has been proposed as an effective way of exciting quasi-BlCs (QBICs) and generating high-Q resonances. Herein, we demonstrate that QBICs can be excited in an all-dielectric metasurface by scaling the lattice of the metasurface, causing translational symmetry breaking. The corresponding BICs arise from band folding from the band edge to the Γ point in the first Brillouin zone. Multipole analysis reveals that the toroidal dipole dominates these QBICs. Furthermore, scaling the lattice along different directions provides additional freedom for tailoring QBICs, enabling polarization-dependent or -independent QBICs. In addition, this allows the realization of two QBICs at different wavelengths using plane-wave illumination with different polarizations on the metasurface. We experimentally demonstrated the existence of these BICs by fabricating silicon metasurfaces with scaled lattices and measuring their transmission spectra. The vanished resonant linewidth identifies BICs in the transmission spectrum, and the QBICs are characterized by high-Q Fano resonances with the Q-factor reaching 2000. Our results have potential applications in enhancing light-matter interaction, such as laser, nonlinear harmonic generation, and strong coupling.
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